農產品供應鏈仿真建模與應用

盛強 趙雨 申亮

摘要：以陜西省周至縣獼猴桃產業為研究對象，基于系統動力學思想建立獼猴桃產業供應鏈模型，在Anylogic軟件環境下進行仿真，為種植戶生產決策和產業政策設計提供指導。結果表明，使用激素類農藥的果品折價系數存在臨界值，當折價系數大于臨界值時從成本角度考慮種植戶會主動放棄使用激素類農藥;減免分銷商稅率可以提高分銷商收益，但在小區間內會降低供應鏈總體收益，僅當稅率低于區間臨界值時供應鏈總利潤開始增加。該模型可用于同類農產品供應鏈的仿真與分析。

關鍵詞：農產品;系統動力學;供應鏈;激素類農藥;稅率減免

中圖分類號： F323.7 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）02-0333-04

農產品供應鏈是農產品從生產到消費過程中各個環節所涉及的物流、資金流、信息流的整合，是一個復雜的社會經濟系統[1]。在實現價值增值的過程中，生產商、分銷商、消費者以及政府必須相互協調、配合才可以實現供應鏈利益最大化以及經濟的可持續發展[2]。陜西省周至縣是全國最大的獼猴桃生產基地，目前已達到年產獼猴桃45萬t左右，是當地的支柱性產業[3]，調研發現當地的獼猴桃產業仍處于市場自發集成的農產品供應鏈模式，這種模式可以實現商流和物流功能，但缺乏長期合作的互信基礎，存在交易風險，生產決策較盲目[4]。我國農產品供應鏈正處在轉型發展的關鍵時期，深入研究農產品供應鏈，為種植戶提供生產決策指導，為政府制定產業發展政策提供支撐，對促進地區農業、農村經濟發展具有十分重要的意義，也是實現農業產業化發展的重要保證。

1 農產品供應鏈仿真研究現狀

隨著我國農業現代化的不斷發展，許多學者開始關注我國農產品供應鏈相關的研究，相關研究大體可分為供應鏈協調機制和供應鏈主體博弈2類。供應鏈協調機制研究方面，莊晉財等從我國農產品流通的實際情況出發，提出建設以農產品批發市場為核心的信息平臺是構建農產品供應鏈的有效路徑[5]。楊金海等探討農產品供應鏈失調的成因和后果，并從政府調控的角度提出協調農產品供應鏈的政策措施[6]。曹武軍等針對生鮮農產品供應鏈系統成員合作關系不穩定，提出農產品三級供應鏈的兩部收費制度[7]。孫亮等基于Petri網建立不確定市場條件下農產品供應鏈模型，得出農產品供應鏈庫存和利潤變化的定性關系[8]。供應鏈主體博弈方面，陳化飛建立綠色農產品供應鏈上政府、企業和消費者間的博弈模型，研究不同情況下供應鏈主體的動態收益，并提出綠色農產品供應鏈建設的對策和建議[9]。白世貞等研究雙渠道下農資供應鏈各個節點成員的利益及供應鏈整體利益，指導農資企業減少成本，提高競爭優勢[10]。孫文清運用系統動力學理論構建CPFR模式下的三級農產品供應鏈模型，證明牛鞭效應現象可以消除[11]。徐升華等建立農產品供應鏈知識共享系統的動力學模型，證明系統動力學方法能夠有效分析農產品供應鏈知識共享系統[12]。

綜上，盡管農產品供應鏈的研究已經取得了一些成果，但這些研究多采用理論詮釋，由于農產品種類眾多，各地特色農產品在產量、產值、政府相關扶持政策方面差異較大，相關理論研究對于生產實際的指導意義不強，缺乏可操作性。本試驗以實證研究為基礎，以陜西省周至縣獼猴桃產業為案例，將政府作為農產品供應鏈中的一員，應用系統動力學思想提出一種農產品供應鏈仿真和分析方法，為種植戶生產決策和產業政策設計提供指導，同時也為相關農產品供應鏈的研究提供借鑒。

2 獼猴桃種植戶生產決策模型

種植戶是獼猴桃產業供應鏈中的“生產商”，在生產過程中以自身收益最大化為目標，須要對品種選擇和激素類藥品使用等進行決策，而種植戶的收益同時受產量和收購價格2個因素影響。根據周至縣統計局、果業發展管理局數據公告得到2004—2016年該縣獼猴桃產量、種植面積、平均售價、生產投入等核心變量數據（表1）。

2.1 產量和收購價格分析

調研發現獼猴桃的產量受種植密度和管理投入等因素影響，周至縣獼猴桃種植均采用密度為3 m×4 m的“T”形架，種植密度穩定在1 275～1 440株/hm2，產量較理想[3]。根據柯布-道格拉斯生產函數，建立產量與化肥量、用工數、農藥投入和其他費用的函數M=μCαLβSγFη，其中M表示 1 hm2 產量;C表示肥料投入;L表示農藥投入;S表示雇工投入;F表示其他投入。α、β、γ、η表示各種投入的彈性系數;μ表示氣候自然災害等隨機因素影響[13]。根據相關數據進行多元回歸建立生產關系函數。

lnM=4.923+0.172lnC-0.337lnL+0.381lnS+0.158lnF。

函數的R2為0.926，顯著性良好，DW統計量1.893，不存在自相關。分析發現雇工投入彈性系數最高，說明勞動力投入對產量影響較顯著;農藥投入彈性系數為負，說明農藥過度投入對產量有負增長作用，同時也驗證了在獼猴桃種植過程中，對農藥的濃度及使用頻率較敏感。

調查還發現獼猴桃的收購價格受供需比和生產成本影響，因此建立模型P=αD+βE+λ，其中，P表示獼猴桃收購價格;D表示供需比;E表示生產成本;α、β表示彈性系數;λ表示政策等隨機因素的影響。根據相關數據進行多元回歸建立生產成本函數。

P=8.352D+0.002E-6.867。

函數的R2為0.970，顯著性良好，DW統計量2.358，不存在自相關。分析發現供需比對價格的影響遠大于生產成本，符合實際情況。

2.2 種植戶決策分析

激素類農藥在我國獼猴桃產業發展的特定時期內較普遍，但隨著對食品質量安全的要求越來越高，從2006年起國家層面開始逐漸禁止使用相關的農業投入品，2014年5月陜西省頒布《陜西省果業條例》，禁止使用相關的農業投入品，2015年陜西省果業管理局頒布《獼猴桃膨大劑禁用行動方案》，明確禁止獼猴桃種植戶使用膨大劑，但由于歷史原因以及種植戶對收益的追求，使用膨大劑的情況在短期內很難杜絕。

目前陜西省周至縣種植的獼猴桃品種共有十余種，根據推廣時間、收購價格、自然產量等大體可分為2類（表2）。近兩年市場反饋信息顯示，翠香、徐香、紅陽等新品種使用膨大劑的現象難以杜絕，雖然膨大劑的使用會使收購價格出現20%～40%的下降，但單位產量會增加約30%，因此種植戶在種植過程中主要面臨品種選擇和膨大劑使用2個方面的決策問題。

2.3 種植戶生產決策建模

種植戶總收益為A類和B類品種的收益之和，影響A品種收益的因素有單位生產成本、單位收益、膨大劑使用比例、價格受膨大劑的影響系數，影響B品種收益的因素有單位生產成本和收益。設計3個變量，即A品種比例X∈（0，1）;A品種膨大劑使用比例Y∈（0，1）;膨大劑折價系數Z∈（0.2，0.4）。則種植戶決策模型的因果關系見圖1，種植戶生產決策結構模型見圖2。

系統模型中各參數函數關系如下：（a）總利潤=X×A品種單位收益+（1-X）×B品種單位收益;（b）單位收益=單位收入-單位投入;（c）A品種單位收益=0.98×自然產 量× 參考價格×（1-Y）+0.95×膨大劑作用后產量× 膨大

劑作用后價格，0.98和0.95為調查獲得的自然損耗系數;（d）膨大劑作用后價格=參考價格×（1-Z）;（e）膨大劑作用后產量=膨大劑增長比例×自然產量×膨大劑使用的比例;（f）B品種單位收益=0.98×自然產量×參考價格;（g）單位投入=人工成本+膨大劑成本+肥料費用+種植費用，B品種無膨大劑成本項;（h）膨大劑成本=膨大劑費用×Z。其中X為A品種種植比例;Y為A品種膨大劑使用比例;Z為膨大劑折價系數。

2.4 仿真結果與分析

農戶的收益由A、B品種的收益組成，其中B品種收益與膨大劑使用比例Y和果品折價系數Z無關，因此重點分析Y、Z對A品種收益的影響。假定A、B品種種植比例相等，即X=0.5時，通過調整模型中Y、Z變量，得到種植戶A品種利潤變化情況（僅取代表性數值）（表3），可見當折價系數Z=0.221 42時，種植戶A品種的收益與膨大劑使用比例Y無關，當Z>0.221 42時，種植戶A品種的收益隨膨大劑使用比例增加而減少，說明當折價系數大于 0.221 42 時，種植戶會從成本角度主動放棄使用膨大劑。

按照相同方法可仿真出不同種植比例時折價系數Z的臨界值（表4）。說明激素類農藥使用后的果品折價系數存在臨界值，當折價系數大于臨界值時，從成本角度考慮種植戶會主動放棄激素類農藥的使用。因此，政府可以通過對折價系數的宏觀調控來推進激素類農藥禁用的相關條例和法規。

3 獼猴桃產業供應鏈模型

3.1 分銷商和冷庫商子系統建模

目前周至縣獼猴桃的經銷方式主要依靠經銷商上門收購，經銷商會考慮市場供需情況等因素選擇租賃冷藏庫儲藏部分果品，將其余部分直接銷售。近年來隨著市場環境和冷庫租賃市場的波動，供應鏈的整體利潤也在不斷發生變化。

分銷商和冷庫運營商均為獨立的經濟體，都以自身收益最大化為目標。影響分銷商收入的因素為收購量和銷售價格，影響分銷商成本的因素為收購價格、收購量和其他費用（圖3），影響冷庫運營商收入的因素為冷藏量和單位租金，影響冷庫運營商成本的因素為冷庫運營成本、單位租賃成本和冷藏量（圖4），其中收購量和冷藏量之和為獼猴桃年產量。

3.2 獼猴桃供應鏈系統建模

獼猴桃產業供應鏈中種植戶、經銷商、冷藏庫運營商之間緊密聯系且互相影響，同時又都受政府產業政策、市場供需等因素影響，因此在仿真模型中增加2個“事件類”控件，分別為政府補貼和所得稅，反映政策性補貼對農戶收益的影響和稅率對分銷商收益的影響。建立獼猴桃供應鏈系統動力學模型（圖5）。

系統模型中各參數函數關系如下：（a）種植戶經營收 益=（單位收入-單位投入）×種植面積;（b）單位收入=獼猴桃單位產量×收購價格+政府投入品補貼;（c）單位投 入= 肥料投入+用工數+農藥投入+其他投入;（d）收購價格=8.352×供需比+0.002×單位投入-6.867;（e）總產 量= 獼猴桃單位產量×種植面積;（f）獼猴桃單位產量=4.923+0.158lnC-0.337lnL+0.381lnS+0.172lnF;（g）分銷商經營收益=分銷商利潤-分銷商所得稅;（h）分銷商利潤=分銷商收入-分銷商成本費用;（i）分銷商收入=收購 量× 零售價格;（j）分銷商所得稅=分銷商利潤×0.13;（k）零售價格=收購價格×1.2;（l）分銷商成本費用=收購價 格× 收購量+分銷商其他投入;（m）冷藏庫收益=冷藏庫儲存收入-冷庫儲存成本;（n）冷藏庫儲存成本=儲藏量×（儲藏成本單價+收購價格）;（o）冷藏庫儲存收入=儲藏量×儲藏后售價;（p）儲藏后售價=零售價格×N（N指風險系數，為0.8～1.2隨機分布函數）。

3.3 模型檢驗

通過模型仿真獼猴桃產業發展趨勢，將仿真結果與真實狀況相比較，進行歷史檢驗反映模型是否能反映系統的主要特征，模型驗證區間為2005—2016年，檢驗數據為單位產量和收購價。由圖6、圖7可知， 單位產量誤差均值為7.53%，收購價格誤差均值為11.35%，由于2006年國家出臺了《農產品質量安全法》導致2007—2010年的產量和收購價格明顯降低。同時進行后驗差檢驗，后驗差比值C=0.32<0.35，小誤差頻率P=1>0.95，模型預測結果合格。

3.4 仿真結果與分析

通過調研發現分銷商繳納增值稅稅率為13%，為增加自身收益分銷商傾向于把獼猴桃儲藏一段時間后銷售，但冷藏銷售存在一定的市場風險，同時也對供應鏈整體收益帶來影響。為進一步研究稅率與供應鏈總收益間的關系，按不同分銷商稅率運行模型，得到2005—2020年供應鏈總收益和年均收益值，以不同稅率下供應鏈年均收益繪制折線（圖8）。

由圖8可知，當分銷商稅率為13%～11.5%時，供應鏈總利潤相比13%稅率時有所下降，隨著稅率進一步降低，供應鏈總利潤才開始逐漸增加。說明對農產品供應鏈單一主體的減免稅收政策提高了單一主體的收益，但在特定范圍內時會降低供應鏈整體收益。因此，在政策制定過程中應對供應鏈總利潤進行必要的分析與預判，避免出現“因小失大”的情況。

4 結論

通過建立獼猴桃產業供應鏈模型為種植戶提供生產決策指導，為政府制定產業發展政策提供支撐。研究結果表明，使用激素類農藥的果品折價系數存在臨界值，在禁止使用激素類農藥相關政策落實效果不理想時，政府可以通過干預果品折價系數讓種植戶主動放棄使用激素類農藥;在制定農產品產業發展政策時，不能僅考慮各主體的收益，應以供應鏈總體收益為增加目標，以周至縣獼猴桃產業供應鏈為例，減免分銷商稅率雖可提高分銷商收益但會降低供應鏈總體收益，僅當稅率低于11.5%時供應鏈總利潤才開始增加。

農產品由于產地、產量、產值的差異，在稅收政策及補貼政策上很難互相借鑒，各地政府在制定產業政策時往往缺乏理論依據，本研究提出的農產品系統動力學模型及分析方法能夠用于同類農產品供應鏈的仿真與分析，為種植戶提供生產決策指導，為政府制定產業發展政策提供支撐。

參考文獻：

[1]黃桂紅，賈仁安. 基于動態反饋分析的農產品供應鏈整合實證研究[J]. 系統工程，2008，26（8）：17-21.

[2]姜天瑞，張一豪，劉永悅，等. 農產品供應鏈中農民合作社的助農增收效應——以黑龍江省240個農戶為例[J]. 江蘇農業科學，2017，45（3）：258-262.

[3]劉 旭. 陜西省獼猴桃產業發展戰略研究[D]. 楊凌：西北農林科技大學，2014.

[4]冷志杰. 基于農產品供應鏈集成機制的大豆供應鏈集成對策研究[J]. 復旦學報（自然科學版），2007，46（4）：481-488.

[5]莊晉財，黃群峰. 供應鏈視角下我國農產品流通體系建設的政策導向與實現模式[J]. 農業經濟問題，2009（6）：98-103.

[6]楊金海，劉純陽，向林峰. 農產品供應鏈失調與政府調控[J]. 農村經濟與科技，2007（1）：77-78.

[7]曹武軍，邢曉飛，陳志斐. 基于兩部收費制的生鮮農產品三級供應鏈協調[J]. 江蘇農業科學，2017，45（11）：259-264.

[8]孫 亮，王曉原，于少偉，等. 不確定市場環境下農產品供應鏈建模與仿真分析[J]. 農機化研究，2011（9）：27-31.

[9]陳化飛. 低碳經濟下綠色農產品供應鏈主體博弈[J]. 江蘇農業科學，2017，45（14）：293-296.

[10]白世貞，丁小洲. 雙渠道下農資供應鏈協調的Stackelberg博弈研究[J]. 江蘇農業科學，2017，45（3）：254-257.

[11]孫文清. 農產品供應鏈參數對牛鞭效應和成本影響的仿真[J]. 統計與決策，2017（13）：52-55.

[12]徐升華，徐生菊. 農產品供應鏈知識共享系統的動力學建模與仿真[J]. 合肥工業大學學報（自然科學版），2013，36（11）：1381-1387.

[13]林燕燕，王維新. C-D生產函數在農業機械對農業生產貢獻率測算中的應用[J]. 農機化研究，2005（4）：207-208.